一、前言
     人們所說的非常規(guī)天然氣，一般指頁巖眾所周知，  燃油汽車尾氣已成為城市大氣的主要污染源，從環(huán)境 保護(hù)和發(fā)展替代能源的戰(zhàn)略考慮，我國(guó)從80年代起 開始積極推動(dòng)清潔能源汽車的墳術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，目前取得了豐碩的成果，天然氣汽車、電動(dòng)汽車、燃料電池汽車等都已進(jìn)入試用、推廣及規(guī)模應(yīng)用等階段。   
    就天然氣汽車而言，目前壓縮天然氣(cNG)汽車已在全國(guó)廣泛使用，不少城市在政府的政策支持下，公交車和出租車已全部改用CNG作為燃料，為降低城市大氣污染做出了重大貢獻(xiàn)。但由于CNG是氣態(tài)，在有限的車載容器中存儲(chǔ)量有限，以出租車為例，一般每臺(tái)車一次加氣量不超過12m3，運(yùn)行距離不超過200公里，導(dǎo)致CNG汽車加氣需求頻繁，對(duì)城市加氣站的
建設(shè)數(shù)量要求較多，限制了CNG汽車的進(jìn)一步發(fā)展。近幾年，隨著液化天然氣技術(shù)的發(fā)展，從海外進(jìn)口LNG和國(guó)內(nèi)LNG工廠的建設(shè)，使得LNG產(chǎn)品得到有效供應(yīng)。
    LNG與CNG相比有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：①LNG比CNG的壓縮比高3倍多，即同樣容積的容器中，使用LNG的汽車比使用CNG的汽車在運(yùn)距上高3倍多；②LNG為低溫低壓，不像CNG處于高壓狀態(tài)，危險(xiǎn)性相對(duì)較�。虎跮NG比CNG更加純凈。
    所以研究LNG汽車也成為滿足市場(chǎng)需求和環(huán)保要求的必然選擇，并且目前已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，在貴陽、烏魯木齊和北京，使用LNG作為燃料的公交車已形成一定規(guī)模。另外，LNG汽車技術(shù)的發(fā)展對(duì)中長(zhǎng)距離的客運(yùn)、貨運(yùn)汽車及船只使用天然氣作為燃料成為可能，由此可創(chuàng)造出一個(gè)巨大的LNG應(yīng)用市場(chǎng)。
二、天然氣加注站的類型
無論是CNG汽車還是LNG汽車都需要天然氣加注站，目前使用的主要有以下形式：
    1．CNG母站
該類加氣站使用長(zhǎng)輸高壓管道燃?xì)饣虺鞘兄袎汗艿廊細(xì)庾鳛闅庠矗凑誄NG產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行脫硫、脫水后，通過CNG壓縮機(jī)壓縮至25Mpa，并通過CNG加氣柱向CNG瓶組拖車充氣，并由CNG瓶組拖車配送到CNG子站、偏遠(yuǎn)城鎮(zhèn)管網(wǎng)、工業(yè)用戶等處作為天然氣氣源，常規(guī)CNG瓶組一次有效配送量為4000Nm3左右  
2．CNG標(biāo)準(zhǔn)站   
    該類加氣站一般使用城市中壓管道氣作為氣源，工藝及設(shè)備配置基本與CNG母站相同，只是處理規(guī)模相對(duì)較小，是通過CNG加氣機(jī)向天然氣汽車直接進(jìn)行加氣。
    3．CNG子站
    該類加氣站一般建于沒有管道燃?xì)獾倪呥h(yuǎn)城鎮(zhèn)，使用CNG瓶組車配送的CNG作為氣源，CNG瓶組車到達(dá)子站后，通過卸氣柱、CNG壓縮機(jī)和CNG加氣機(jī)向CNG汽車進(jìn)行加注。
    4．L—CNG力口氣站
    該類加氣站使用LNG作為氣源，通過低溫高壓泵將LNG增壓至20Mpa，通過汽化器氣化后，由CNG加氣機(jī)向CNG汽車進(jìn)行加注。
    5．LNG加注站
    該類加氣站使用LNG作為氣源，由低溫泵適當(dāng)增壓，通過LNG加注機(jī)直接向LNG汽車進(jìn)行加注。
    在中國(guó)各大城市及周邊地區(qū)，CNG母站、CNG標(biāo)準(zhǔn)站和CNG子站已普遍使用，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，已建站和規(guī)劃新建站數(shù)量合計(jì)超過10000座，但是由于氣源供應(yīng)不足和站內(nèi)設(shè)備調(diào)峰能力有限，CNG標(biāo)準(zhǔn)站普遍存在的問題是在高峰期時(shí)缺少充足的氣源為汽車加氣，而導(dǎo)致來加氣的汽車長(zhǎng)時(shí)間排隊(duì)，影響了城市交通和營(yíng)運(yùn)車輛的經(jīng)濟(jì)效益，為此不少城市限制了非公交車輛油改氣的數(shù)量，進(jìn)而限制了清潔能源汽車的使用范圍。
  三、關(guān)于建設(shè)CNG、LNG、調(diào)峰混合站的方案介紹
    在對(duì)天然氣加氣站運(yùn)行特點(diǎn)和國(guó)內(nèi)外LNG技術(shù)的調(diào)研后，我們提出了利用設(shè)備共享和設(shè)備撬裝，建設(shè)CNG、LNG、調(diào)峰混合站的方案，即在同一站內(nèi)，利用CNG現(xiàn)有生產(chǎn)模式，通過增加部分LNG設(shè)施，實(shí)現(xiàn)CNG和LNG的聯(lián)產(chǎn)，可同時(shí)對(duì)CNG汽車和LNG汽車進(jìn)行充裝，并且由于LNG便于儲(chǔ)存，在加氣站加氣低峰期時(shí)，將天然氣進(jìn)行液化存儲(chǔ)，不僅可以作為高峰期運(yùn)行時(shí)的調(diào)峰氣源，還可以作為優(yōu)質(zhì)氣源向工業(yè)用戶、偏遠(yuǎn)城鎮(zhèn)的燃?xì)夤芫W(wǎng)、加氣子站等進(jìn)行配送，從而擴(kuò)大了天然氣最為清潔燃料的使用范圍。另外，由于該系統(tǒng)的模塊化、撬裝化設(shè)計(jì)，使得該系統(tǒng)機(jī)動(dòng)性很強(qiáng)，非常適用于油氣田放空天然氣回收j煤層氣放空回收、沼氣回收等其它氣源市場(chǎng)，具有較高的節(jié)能減排經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
    CNG、LNG、調(diào)峰混合站的工藝原理框圖如圖l：
    1．工作原理說明
    下面論述以氣源為城市管道天然氣為例，可推廣至油氣田放空天然氣、煤層氣、沼氣等其它氣源領(lǐng)域。
    一般情況下，管道燃?xì)馔ㄟ^CNG預(yù)處理、CNG壓縮機(jī)、CNG加氣機(jī)等主要工藝設(shè)備直接向CNG汽車進(jìn)行加氣。當(dāng)管道燃?xì)馐褂糜懈辉r(shí)，如CNG低峰運(yùn)行期間，或者是根據(jù)市場(chǎng)需求，需要進(jìn)行LNG生產(chǎn)時(shí)，可將部分管道燃?xì)庖M(jìn)LNG預(yù)處理裝置，達(dá)到LNG生產(chǎn)氣質(zhì)要求時(shí)，利用空閑的CNG壓縮機(jī)進(jìn)行增壓，通過LNG預(yù)冷撬和LNG液化撬將天然氣進(jìn)行液化，并儲(chǔ)存在LNG儲(chǔ)罐撬內(nèi)，根據(jù)需要，可通過L—CNG撬將LNG轉(zhuǎn)化為CNG后，由CNG加氣機(jī)進(jìn)行加注，也可以通過LNG加注機(jī)直接向LNG汽車或LNG槽車進(jìn)行加注，LNG槽車可將LNG配送到需要的地方。
    2．主要工藝設(shè)備簡(jiǎn)介
    (1)CNG預(yù)處理設(shè)備
    CNG預(yù)處理設(shè)備包括脫硫設(shè)備和脫水設(shè)備，預(yù)處理深度達(dá)到硫化氫含量低于每標(biāo)方15mg、常壓水露點(diǎn)低于一550C，該類設(shè)備為目前CNG加氣站的標(biāo)準(zhǔn)配置。
  (2)LNG預(yù)處理設(shè)備
  由于LNG為深冷液化，對(duì)氣質(zhì)中的含硫量、含碳量和含水量的要求比CNG要嚴(yán)格，故新設(shè)LNG預(yù)處理裝置，預(yù)處理深度達(dá)到含硫量低于5ppm、二氧化碳含量低于50ppm、常壓水露點(diǎn)低于一1000C。目前此類脫硫脫碳的工藝主要為醇胺法，不容易實(shí)現(xiàn)整體撬裝，但隨著技術(shù)和工藝的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)整體撬裝還是有可能的。
    (3)CNG壓縮機(jī)
    CNG壓縮機(jī)為成熟產(chǎn)品，一般加氣站根據(jù)加氣規(guī)模配置多臺(tái)，出口壓力設(shè)計(jì)為25MPa，本方案利用空閑時(shí)的CNG壓縮機(jī)對(duì)經(jīng)過LNG預(yù)處理后的天然氣進(jìn)行增壓，經(jīng)穩(wěn)壓至20MPa后進(jìn)入LNG預(yù)冷撬。
    (4)LNG預(yù)冷撬
    本方案液化部分工藝原理為將高壓天然氣經(jīng)過膨脹制冷進(jìn)行液化，為補(bǔ)充冷量，新設(shè)LNG預(yù)冷撬，通過冷量回收和制冷機(jī)將天然氣溫度降至一700C。
    (5)LNG液化撬
    LNG液化撬將20MPa、一70~C的天然氣經(jīng)過膨脹制冷，使得天然氣在0．4MPa、一145~C的條件下進(jìn)行液化。該撬內(nèi)使用的膨脹制冷部件為俄羅斯的專利技術(shù)一引射器，在進(jìn)行節(jié)流膨脹的同時(shí)，可將未液化的部分低壓氣白吸回引射器進(jìn)行膨脹，制冷效率較高，單個(gè)LNG液化撬的設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模一般為1～10×104Nm3
    (6)LNG儲(chǔ)罐撬
  從LNG液化撬中產(chǎn)生的LNG送入LNG儲(chǔ)罐撬，根據(jù)上游供給量、下游消耗量以及場(chǎng)地大小等實(shí)際情況可靈活選擇LNG儲(chǔ)罐撬的規(guī)格。
    (7)L-CNG撬
    L-CNG撬由低溫高壓泵和汽化器組成，可將LNG增壓氣化成CNG，并通過CNG加氣機(jī)對(duì)車輛進(jìn)行加氣。
  (8)自動(dòng)控制系統(tǒng)
  本方案需要配置高性能的自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中各工藝設(shè)備參數(shù)的精確監(jiān)控、出于安全考慮的連鎖保護(hù)以及生產(chǎn)切換和啟停的連鎖控制等功能，如果條件具備，還可將生產(chǎn)自動(dòng)化與管理信息化結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)銷售管理、遠(yuǎn)程診斷、物流管理、成本管理、績(jī)效管理等功能。
  3．該方案的特點(diǎn)
  ①在同一站內(nèi)可實(shí)現(xiàn)CNG和LNG的生產(chǎn)和加注，提高了氣源的利用率和產(chǎn)品的覆蓋范圍，解決了調(diào)峰問題，并且可根據(jù)上游供應(yīng)和下游消費(fèi)市場(chǎng)的變化靈活調(diào)整CNG和LNG的產(chǎn)量；
②工藝流程簡(jiǎn)單，操作維護(hù)方便，并且該工藝及配備設(shè)備方便用戶根據(jù)實(shí)際情況靈活選擇啟動(dòng)與停止LNG的生產(chǎn)過程，LNG冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)間為20分鐘左右；
    ③大部分工藝設(shè)備和輔助工程可在CNG和LNG生產(chǎn)中共用，提高了設(shè)備及工程的使用效率及減少了一次性投資；
    ④所有設(shè)備均為成熟產(chǎn)品，有應(yīng)用業(yè)績(jī)，并且絕大部分可實(shí)現(xiàn)車載撬裝化，對(duì)設(shè)備的占地、安裝、調(diào)試和搬遷極為有利；
    ⑤LNG運(yùn)行成本較低，能耗不高于單方0．5度電；
    ⑥L-CNG撬根據(jù)需要還可進(jìn)行冷量綜合利用，提高能源利用效率。
  四、CNG站、LNG站、調(diào)峰站及三站合一對(duì)比分析
    表l為CNG站、LNG站、調(diào)峰站及三站合一對(duì)比分析，對(duì)比以日處理5萬方城市管道天然氣為例，價(jià)格為估算值。
表1  GNG站、LNG站、調(diào)峰站及三站合一對(duì)比

    對(duì)比項(xiàng)目     CNG站     LNG站     調(diào)峰站     混合站
  一、設(shè)備投資     350萬     2800萬     400萬     3000萬
    凈化裝置     脫硫脫水   脫硫脫水脫碳     無   脫硫脫水脫碳
    壓縮機(jī)     1臺(tái)     1臺(tái)或2臺(tái)     無     l臺(tái)或2臺(tái)
    儲(chǔ)氣井     6—12M0     無     無     6—12Ms
    加氣機(jī)     2臺(tái)CNG     無     無     2臺(tái)CNG
  LNG液化裝置     無     l套     無     1套
    LNG儲(chǔ)罐     無     300方     300方     300方
  LNG加注裝置     無     2臺(tái)LNG     無     2臺(tái)LNG
    汽化器     無     無     1套     1套
  二、輔助工程     200萬     800萬     150萬     850萬
    供配電     1套     1套     1套     l套
    自動(dòng)化     l套     1套     1套     1套
    循環(huán)水     1套     1套     1套     l套
    儀表風(fēng)     1套     l套     1套     1套
    消防系統(tǒng)     1套     1套     l套     1套
    辦公設(shè)施     1套     1套     l套     1套
  三、占地面積     10畝     30畝     b田     32畝
四、生產(chǎn)管理人員     20人     30人     lO人     35人
五、結(jié)語
    該方案采用成熟的工藝和設(shè)備，流程簡(jiǎn)單，系統(tǒng)可靠性和安全性較高，可在一個(gè)工廠、使用一套裝置、由一套隊(duì)伍同時(shí)實(shí)現(xiàn)CNG、LNG、調(diào)峰等三種作業(yè)功能，為燃?xì)饨?jīng)營(yíng)企業(yè)提供了一個(gè)市場(chǎng)范圍更廣、調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)的系統(tǒng)解決方案，并且該方案對(duì)油氣田放空天然氣、煤層氣和沼氣等的有效回收提供了技術(shù)和裝備支持，實(shí)現(xiàn)了天然氣氣源的多元化，在符合國(guó)家節(jié)能減排宏觀政策的同時(shí)，還可為業(yè)主帶來豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。